淺析北京天橋藝術中心音頻系統

劉永耀　黎金耀

【摘 要】 介紹天橋藝術中心的文化內街、觀眾入口大廳、排練廳的擴聲，重點剖析1 600座大劇場音頻系統的主擴、傳 輸網絡、電聲可變混響及效果聲系統的設計，并給出大劇場聲場調試步驟和聲學指標測量結果。

【關鍵詞】 音頻系統；1 600座大劇場；擴聲；小型模塊式數字可控指向性揚聲器；光纖雙環互備網絡；電聲可變混響

文章編號： 10.3969/j.issn.1674-8239.2017.04.004

Discussion on the Acoustic System in Beijing Tianqiao Art Center

LIU Yong-yao， LI Jin-yao

（Guangzhou Leafun Culture Science Technology Co.， Ltd.， Guangzhou Guangdong 510663， China）

【Abstract】This paper details the sound system solutions of the entrance hall and the inner street brimmed with the Tianqiao culture features， analyzes the main sound field design， audio network control system， electronically adjustable reverberation and effect sound system of 1600 large theaters and introduces sound field adjustment methods and acoustic parameter measurement.

【Key Words】acoustic system； 1 600 large theaters； amplifying system； small modular digital steerable directivity speaker； features of optic dual-loop network； electronically adjustable reverberation； sound-image synchronization

北京天橋藝術中心（以下簡稱藝術中心）在2015年11月，通過世界經典名作《劇院魅影》向全世界展示了一個既充滿中國傳統文化內涵，又別具國際多元文化風情的文化藝術殿堂。筆者將對藝術中心的文化內街、觀眾入口大廳、排練廳的擴聲，特別是1 600座大劇場音頻系統的主擴聲、傳輸網絡、電聲可變混響及效果聲系統進行分析，并介紹大劇場聲場調試步驟和聲學指標測量結果。

1 項目概述

藝術中心占地1.65公頃，建筑面積7.5萬平方米，包括一個1 600座的綜合性大劇場，一個1 000座的中劇場，一個400座的小劇場和一個300座的多功能劇場。其中，大劇場是國內先進的大型音樂劇專業劇場，以國際經典音樂劇、國內著名原創音樂劇演出為主，并兼顧綜藝晚會、話劇、舞劇、小型演唱會、芭蕾、歌劇、交響音樂會等的演出。

從北面的市民文化廣場進入，要通過一條南北向的通道，這里被命名為“天橋文化內街”（以下簡稱文化內街，見圖1），是一處體現天橋文化風韻的空間。

天橋文化內街的另一端是觀眾入口大廳（見圖2），是全木建造的仿古大戲樓，巧妙地連接起了劇院內的小劇場和多功能劇場。

2 天橋藝術中心音頻系統

2.1 文化內街的擴聲

文化內街頭頂是一塊長61.44 m，寬6.72 m，面積達412.88 m2的巨型LED屏幕，播放藝術中心概況及記錄天橋史料的影像，內街兩側墻壁排列著形狀各異的藝術展板。廳內擴聲系統的安裝要與廳內的藝術展現相契合，要求聲音清晰悅耳，又能結合建筑形態，美觀而不過于顯眼，但內街兩側墻面和地面都是大理石裝修面，這些都是強反射聲學材料，混響時間長，使得語言清晰度下降，而且容易形成鏡面反射，給擴聲設計帶來挑戰。

針對這些聲學問題，從聲場分析、設計及設備選型入手。聲場設計方面，文化內街北面墻壁均勻設置10組全頻揚聲器組，每組由3只lemuse JF-410P小型模塊式數字可控指向性揚聲器組成水平陣列，如圖3所示，覆蓋一層內街走道；南面一側天花均勻布置8只小型模塊式數字可控指向性揚聲器，覆蓋二層連廊；頂部LED屏兩側共布置12只JS-208P低頻揚聲器擴展低頻能量。JF-410P屬于超緊湊型高能效揚聲器，不到150 mm的尺寸就能提供113 dB的聲能量，結合JS-208P低頻下限能達到40 Hz。所有揚聲器均采用半暗裝方式，巧妙利用裝修面進行隱藏，不影響整體美觀。

該方案通過模塊式數字可控指向性揚聲器組陣方式有效控制聲音指向性，且能提供充足的聲能量，為相對狹長的文化內街提供均勻和清晰的聲音效果。

2.2 觀眾入口大廳的擴聲

觀眾入口大廳對聲場清晰度和均勻度要求較高，同時，為了營造良好的外觀效果，要求揚聲器系統體積盡量小。根據上述要求，在戲臺兩側入口頂部設置由4只lemuse JF-410P超緊湊型高能效模塊式全頻揚聲器和1只供電模塊組成的小型陣列揚聲器組（見圖4），覆蓋整個入口大廳區域，提供良好的背景音樂擴聲及語言廣播擴聲，在有效提高聲場清晰度和均勻度的同時又不影響大廳整體美觀。

2.3 排練廳的擴聲

藝術中心共有4個規格不一的排練廳，供不同類型、不同規模演出團、樂隊演員排練使用，按功能劃分為面積約360 m2的舞蹈排練廳、150 m2的戲劇排練廳、80 m2的樂隊排練廳以及46 m2的聲樂排練廳。鑒于每個排練廳的規模、功能以及建聲條件不一，共配置了3套獨立的流動擴聲系統，可根據排練廳使用情況流動使用。按聲壓級和動態范圍要求分別設計以下3種方案。

方案一（見圖5）：3只12英寸lemuse JF-1266P有源全頻揚聲器組成左中右聲道，用于中大型和清晰度要求較高的排練廳使用。

方案二（見圖6）：2組1只12英寸lemuse JF-1266P有源全頻揚聲器搭配1只15英寸JS-115P低頻揚聲器組成左右聲道，用于中大型和低頻動態較高的排練廳使用。

方案三（見圖7）：2組2只4英寸lemuse JF-410P模塊式小型有源全頻揚聲器搭配2只雙8英寸JS-208P低頻揚聲器組成左右聲道，用于小型和低頻動態較高的排練廳使用。

3套流動擴聲系統各配置1套流動機柜（見圖8），包括小型模擬調音臺、無線傳聲器接收機、CD機、效果處理器等控制處理設備。排練廳預留電源接口。

2.4 1 600座大劇場音頻系統的設計要點

大劇場舞臺系統具有眾多別具特色的設計亮點，包括：無假臺口設計，充分利用了舞臺空間；拼裝式主舞臺，可隨意組合，更大限度地發揮舞臺變化的多樣性；近千路調光直通回路，滿足了絕大部分劇場劇目的演出需要；飛線機構、多功能吊桿系統，讓劇場演出的運行更加高效、便捷；燈景兩用連續布桿，最大程度方便舞臺效果設計的需求。這些特點使大劇場既能滿足大型音樂劇演出又能兼顧其他類型演出。

根據使用特點，音頻系統聲學特性的設計目標要滿足GB50371-2006《廳堂擴聲系統設計規范》中文藝演出類擴聲系統一級指標。因此，總共84通道的無線傳聲器系統，采用流動安裝工藝設計，42臺無線傳聲器接收機均勻分布在11個小流動機柜內，四廳共用（大劇場、中劇場、小劇場、多功能廳）。接收機同時具備數字和模擬的信號輸出接口，可實現數模備份；配置一主一備音源及周邊設備，實現兩個調音位（控制室、FOH）同時控制及備份處理功能；多通道的Party-line內部通信系統，實現多個舞臺工作組（音響、燈光、機械、無線對講、化妝間、監督位等）內人員可以自由地同時進行雙工通話，滿足工作組內部協調的需求。同時，視頻系統采用數字高清SDI傳輸，并在舞臺區、觀眾區、候場區以及化妝間布置高清視頻監控點位，保證工作人員和演員能夠實時清晰看到舞臺及演出的情況，視頻和音頻信號基本做到零延時，真正做到“聲畫同步”。

下面就大劇場的音頻系統設計方案的要點進行剖析。

2.4.1 大型線陣列作為主擴聲

基于大型音樂劇演出需要擴聲系統具有動態范圍大、直達聲能高、指向性控制強等特點，再結合劇場建筑結構規模，揚聲器系統方案設計為（見圖9）：主擴聲為左中右三聲道，每聲道各配置12只L-Acoustics KARA線陣列全頻揚聲器，采用明裝吊掛方式，分區域覆蓋樓座和池座觀眾區，極好地實現了聲波投射覆蓋角的控制，減少了聲散射和漫射帶來的反饋，減少聲干涉及聲能量的損失，相對提高了有效聲壓級的覆蓋，提高傳聲增益。

同時，左右主擴聲分別搭配4只SB18中低頻揚聲器作為低頻擴展， 另外配置4只2×18英寸獨立超低頻揚聲器，固定暗裝于臺口兩側。

擴聲方案關注觀眾的視聽感受，計算機聲場模擬分析見圖10，優化的配置、高質的揚聲器確保了主擴聲可以覆蓋全場，而且聲像一致；同時，理想的音色搭配有充足的低頻能量。

經過第三方檢測單位現場實測，大劇場觀眾席最大聲壓級達到112 dB，1 000 Hz時不均勻度僅為4 dB，其他各項指標均完全滿足國標GBT 28049-2011 《廳堂、體育場館擴聲系統設計規范》中文藝演出類一級聲學特性指標，且優于韓方咨詢公司提出的音樂劇演出110 dB的最大聲壓級要求。

2.4.2 構建光纖雙環互備網絡的音頻傳輸

為滿足音樂劇演出處理通道豐富、調音手段多樣靈活的要求，系統配置3套數字調音臺。主控數字調音臺DiGiCo SD7T和監聽數字調音臺DiGiCo SD10T（可在控制室、FOH調音位、舞臺返送調音臺位流動使用）的控制臺可以與多個接口箱連接構成光纖雙環互備網絡系統，每個控制臺均可任意控制網絡內的所有接口箱，控制臺之間可以實現備份，共用所有接口箱的輸入輸出，當其中一個出現問題時，備份控制臺可自動切換，并且快速運行操作，保持信號不中斷。圖11即為主數字調音控制系統的網絡構建。為提高系統的安全性、通用性和兼容性，另配置1臺YAMAHA CL3數字調音臺作為備份調音臺，同樣也能在控制室、FOH調音位、舞臺返送調音臺位流動使用；主備既可完全獨立工作，也可互為數數備份及數模備份。

主控數字調音臺和監聽數字調音臺采用HMA多模光纖接口構建的光纖雙環互備網絡的音頻傳輸系統，具有雙路自動備份切換功能，如圖12所示。在聲控室、現場調音位、上場門、下場門靈活流動使用，上場門信號交換機房設置開放的光纖配線架，使用者根據需要可以通過簡單的跳線把各個技術點位的調音臺界面和信號基站搭配使用。

另外，中劇場采用與大劇場同一品牌的數字調音臺系統，根據需要還能把中劇場調音臺流動到大劇場音頻網絡系統中同時使用。

在系統的整體設計中，為調音控制系統配置了充足的信號接口。

信號交換機房：主系統120路MIC/LINE輸入，32路LINE輸出，12路AES/EBU輸入，32路AES/EBU輸出；備份系統64路MIC/LINE輸入，32路LINE輸出，8路AES/EBU輸出。

聲控室：主系統64路MIC/LINE輸入，16路LINE輸出，12路AES/EBU輸入，12路AES/EBU輸出；備份系統32路MIC/LINE輸入，16路LINE輸出，4路AES/EBU輸出。

左功放室：16路LINE輸出，16路AES/EBU輸出。

右功放室：16路LINE輸出，12路AES/EBU輸出。

流動基站：帶HMA光纖口，24路MIC/LINE輸入，24路LINE輸出，4路AES/EBU輸入，4路AES/EBU輸出。

除了調音臺系統本身的模擬數字路由外，大劇場還配置了一套獨立的模擬信號路由，用于第三方外來調音臺的接入，所有信號均經過音頻跳線系統，與擴聲系統中任一信號接口進行靈活搭配使用，調音臺模擬信號路由分配在以下點位：聲控室96路，現場調音位72路，上場門返送調音位72路，下場門返送調音位72路，左功放室12路，右功放室12路，電視轉播位48路。這些模擬信號路由均采用多芯插工藝，方便設備快速接入。

除了音樂劇演出，大劇場同樣兼顧其他綜藝類演出需求，需要具備演出團自帶設備接入能力。因此，本方案在工藝設計上采用流動設備工藝技術，從調音臺、揚聲器、音源、周邊設備、無線傳聲器等不同位置、不同信號的接入（包括電源、音頻信號、內通信號、視頻信號等），將設備的使用實現最大化，以及“所用即所接”。

2.4.3 電聲可變混響及效果聲系統

1 600座大劇場主要演出音樂劇，并兼顧其他類型演出，音視頻系統支持以上各種演出類型；希望聲學環境也要支持靈活多變的多功能使用要求，需要兼容從話劇、戲曲、綜藝晚會、現代流行音樂劇，到經典藝術形式（音樂會、歌劇舞劇、戲劇等）在內的各類演出，均能滿足最佳音質效果要求，混響時間需要滿足在1.2 s～2.2 s內可調。不同表演形式對廳堂的混響時間詳見圖13。

為了滿足大劇場使用多樣化的需求，采用了電聲可變房間聲學技術及效果聲系統，通過電聲聲場控制技術來控制大劇場的混響時間及其他聲學特性，不僅實現了混響時間可變，而且還可以對室內聲場進行“修正或優化”。

電聲可變混響這種方式的優點是成本低，混響時間可調范圍大，可預先設定，使用方便。它不僅實現了混響時間可變，而且還可以對聲場進行“修正”，即通過多路電聲信號處理，實現早期反射聲及早期反射聲能與混響聲能比、側向反射聲及側向反射聲能與混響聲能比、聲擴散以及混響時間頻率特性等技術參數的調整和控制，從而實現對不同專業廳堂的聲學環境仿真，如圖14所示，滿足專業廳堂的演出需求。使用該系統要求房間基礎混響時間（T60）滿座為 1.2 s。

針對1 600座大劇場主要用于音樂劇演出的特點，采用電聲可變房間聲學技術及效果聲系統對大劇場觀眾廳的聲學環境進行動態控制，系統架構如圖15所示，混響時間可在1.2 s～2.2 s之間變化，設定可一鍵切換的多種演出模式；設置7支傳聲器，拾音后經過話筒放大器以及傳輸路由系統送至系統主機進行處理；經過處理后的信號輸出到系統功放及揚聲器，模擬早期反射聲以及混響聲；混響時間、早期反射系數和其他的設定能夠根據演出的不同特別時刻的要求進行改變，這樣便可實現在音樂劇演出過程中，針對不同的演出情節或者不同的音樂風格而改變劇場的聲學環境；系統中的每支傳聲器都配有內部前置放大器，也即專業的I/O 接口，通過數字式的連接件與主擴聲的FOH接口基站相互連接，實現與主擴聲系統信號交換；所有的內部參數和設置能夠顯示出來并可進行調節；除了對基礎聲學環境混響時間做出調整外，同時兼容環繞立體聲效果，滿足最大16個聲像同時移動。

系統共設置了112只環繞效果聲揚聲器系統，分布在池座、樓座觀眾席側墻、天花、挑臺前沿、樓座下方以及臺口八字墻等位置（見圖16～圖19，表1），既能作為可變混響系統的基礎擴聲，也能獨立用于音樂劇等大型演出的環繞效果聲。

3 大劇場音頻系統的調試

音頻系統設備安裝及線路連接完成后，對大劇場整體聲場進行了精細調試。

1）揚聲器系統的安裝調試

對于揚聲器系統的安裝調試（見圖20）需要確保：陣列各揚聲器系統水平系統與垂直張角在調試階段可調整；上部吊掛集中載荷的安全性；揚聲器系統安裝室的內部空間進行吸聲處理，同時聲輻射開口沒有阻擋。

2）系統的電氣設備調試

在開始聲學調試之前，進場完成系統的電氣設備調試，步驟如下：

（1）系統設備的供電檢測，包括輸出電壓是否符合設備供電要求，以及各供電插腳位置是否正確；

（2）傳輸線路的檢測，包括對輸入回路、輸出回路、設備間回路的各種連接線路檢查，判斷是否有斷路、短路、反極性，以及非平衡連接現象；

（3）設備工作檢測，在檢查完成系統連線后，給設備進行通電，檢查各設備是否可以正常工作。

3）聲場調試

系統的聲學調試是實現設計目標的關鍵環節。系統安裝完后采用FFT測量調試系統進行了系統地調試和檢測。

首先，對每個揚聲器安裝位置和覆蓋角進行調試。檢查每只揚聲器系統的覆蓋角，并對安裝位置和覆蓋方向進行調整，盡量使揚聲器系統的覆蓋區域內聲壓級的最大值和最小值之差滿足不大于6 dB。

其次，對每個揚聲器系統的輸入電平和頻率響應進行調試。對同一聲道的每個揚聲器系統在其主覆蓋區域，利用均衡器對其頻率響應進行調試，如有必要，還需對同一聲道的主信號饋入端進行總的頻率響應調試。

最后，對揚聲器系統交疊區的相位響應進行調試。對同一聲道覆蓋區接壤的揚聲器系統，通過微延時或極性手段調整相位響應，使它們在主要交疊區的相位響應趨于一致。

另外，對每個聲道揚聲器系統的聲像進行調試，主要根據其安裝位置，調整每個聲道揚聲器系統的饋入信號延時時間，使觀眾區感知到的聲像處于表演區。

4 調試測試結果

調試完成后，國家建筑工程質量監督檢驗中心對大劇場進行了聲學測量，測量結果見表2。

結果表明：最大聲壓級、傳輸頻率特性、傳聲增益、穩態聲場不均勻度均達到并優于國家文藝演出類擴聲系統一級指標。

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